Columna de cinco líquidos

Qué va a aprender

• Que la densidad es la masa que cabe en un volumen (g/cm³) y que un líquido menos denso flota sobre otro más denso.
• A predecir el orden de las capas a partir de una tabla de densidades y a comprobarlo pesando 40 ml de cada líquido.
• La diferencia entre líquidos miscibles (agua, miel, lavavajillas, alcohol: acaban mezclándose) e inmiscibles (aceite y agua nunca se mezclan).
• Que un objeto sólido se detiene justo encima de la primera capa más densa que él.
• A verter con control (cuchara, pared del vaso) para no mezclar capas: una técnica real de laboratorio.

Prepara antes

• Imprime la regla de capas (A) y las etiquetas (B) al 100 %; comprueba que la regla mide 120 mm del 0 al 12.
• Mide 40 ml de cada líquido en vasitos rotulados (8 cucharaditas de 5 ml o 4 jeringas de 10 ml). Tener todo medido evita prisas al verter.
• Tiñe el agua y el alcohol en sus vasitos antes de empezar: 3–4 gotas de colorante, remueve y deja reposar 1 minuto.
• Si la miel está cristalizada, caliéntala al baño maría y déjala templar: caliente atraviesa las capas.
• Coloca el vaso sobre una bandeja, en una mesa que no se mueva, delante de una ventana o un fondo blanco para ver bien los colores.
• Guarda el alcohol fuera del alcance de los niños hasta el momento de usarlo; no debe haber velas ni fuegos encendidos cerca.

Materiales y herramientas

• Vaso alto transparente — 1
  liso, Ø interior 50–65 mm y 130–150 mm de alto (vaso de tubo de 300–350 ml); cuanto más estrecho, más gruesas se ven las capas
• Miel — 40 ml (≈ 56 g, unas 3 cucharadas soperas)
  líquida, no cristalizada; si está dura, calienta el bote al baño maría 5 min y deja que se temple
• Lavavajillas a mano — 40 ml
  concentrado y de color (verde o azul), sin agitar el bote para que no tenga burbujas
• Agua del grifo — 40 ml
  a temperatura ambiente
• Colorante alimentario — 3–4 gotas (agua) + 2–3 gotas (alcohol)
  líquido; elige colores distintos del lavavajillas (p. ej. azul para el agua y rojo para el alcohol)
• Aceite de girasol — 40 ml
  claro (el de oliva también sirve pero es más oscuro)
• Alcohol de farmacia — 40 ml
  etanol de 96° (0,80 g/cm³) o de 70° (≈ 0,88 g/cm³): los dos son menos densos que el aceite
• Vasitos para medir y teñir — 5
  vasos de yogur o de chupito, uno por líquido, rotulados
• Papel de cocina — 4–5 hojas
  para limpiar la pared del vaso y para recoger el aceite al terminar
• Objetos para probar — 4–5
  corcho de botella, trocito de vela de 1 cm, una uva, una tuerca o arandela de acero

Herramientas

• Cuchara de postre (≈ 5 ml) — medir por cucharaditas y verter sobre su dorso
• Jeringa sin aguja de 10 ml (de jarabe infantil) — medir los 40 ml y verter el agua y el alcohol con mucha suavidad (opcional, pero ayuda mucho)
• Embudo pequeño o pajita — llevar la miel al fondo sin manchar la pared
• Báscula de cocina (opcional) — pesar 40 ml de cada líquido y calcular su densidad

Piezas y plantillas

• A · Regla de capas ×1 — papel (o cartulina fina)
• B · Etiquetas de las capas ×1 — papel

Paso a paso

1. Prepara el vaso y la regla

   Pega la regla A en la pared exterior del vaso con cinta transparente, con el 0 a la altura del fondo interior. Recorta las 5 etiquetas B y déjalas boca abajo a un lado, sin pegarlas: así no desvelan el orden antes de la predicción. Las pegarás al final.

   Comprueba: El vaso está limpio y seco por dentro: una gota de agua en la pared haría que la miel se pegue.

2. Mide los cinco líquidos

   Mide 40 ml de cada líquido en su vasito (8 cucharaditas de 5 ml o 4 jeringas de 10 ml). Tiñe el agua de azul con 3–4 gotas de colorante y el alcohol de rojo con 2–3 gotas.

   Truco: El alcohol lo mide un adulto y el vasito se queda lejos del borde de la mesa.

3. Predice el orden

   Antes de verter, pide a cada niño que ordene los 5 vasitos de «más pesado» a «más ligero» levantándolos con la mano o pesándolos (40 ml de miel ≈ 56 g; de aceite ≈ 37 g). Apunta la predicción.

   Comprueba: Si pesáis: miel > lavavajillas > agua > aceite > alcohol, por este orden.

4. Vierte la miel al fondo

   Vierte los 40 ml de miel por el centro del vaso, sin tocar las paredes (usa un embudo o deja caer el hilo de miel desde 2–3 cm). Espera 1 minuto a que la superficie quede plana.

   Comprueba: La miel llega hasta la marca de 14 mm de la regla. Si ha manchado la pared, límpiala con papel de cocina enrollado en un palito.

5. Añade el lavavajillas

   Inclina un poco el vaso y vierte los 40 ml de lavavajillas despacio, dejándolo resbalar por la pared. Es espeso: cae lento y se extiende solo sobre la miel. Endereza el vaso y espera 1 minuto a que salgan las burbujas.

   Comprueba: Ves dos capas limpias y la superficie llega a ≈ 28 mm.

6. Coloca la cuchara

   Mete la cuchara con el dorso (la parte curva) hacia arriba y apoya su punta en la pared del vaso, 5–10 mm por encima de la superficie del lavavajillas. Sujeta el vaso con la otra mano.

   Truco: Si tiembla el pulso, apoya el codo en la mesa.

7. Vierte el agua muy despacio

   Echa el agua coloreada sobre el dorso de la cuchara a razón de 1 cucharadita (5 ml) cada 3–4 segundos, para que resbale por la pared y se extienda en lámina. Sube la cuchara a medida que suba el nivel. Tarda alrededor de 30 segundos.

   Comprueba: La línea entre el verde y el azul se ve nítida. Una franja turbia de 2–3 mm es normal; si es de más de 5 mm, has vertido demasiado rápido.
   Truco: Con la jeringa es aún más fácil: boquilla contra la pared y empuja el émbolo poco a poco.

8. Añade el aceite

   Vierte los 40 ml de aceite también sobre el dorso de la cuchara. Aquí puedes ir algo más rápido (5 ml cada 2 s): el aceite no se mezcla con el agua y se queda flotando encima aunque se agite un poco.

   Comprueba: La superficie llega a ≈ 56 mm en la regla.

9. Corona con el alcohol adulto

   El adulto vierte los 40 ml de alcohol coloreado sobre la cuchara, muy despacio y pegado a la pared, como el agua. El alcohol debe quedarse siempre encima del aceite: si lo atraviesa y toca el agua, se mezcla con ella.

   Comprueba: Ves 5 capas y la torre mide unos 70 mm. Si una gota de alcohol se hunde en el aceite, espera: suele volver a subir. Pero si llega a tocar el agua, se mezcla con ella y ya no sube.

10. Observa y mide

    Espera 1 minuto sin tocar el vaso. Mide con la regla A el grosor de cada capa y compara: todas deberían medir ≈ 14 mm porque tienen el mismo volumen. Da la vuelta a las etiquetas B, compáralas con tu predicción y pega cada una con cinta junto a su capa, en el lado contrario de la regla.

11. Deja caer los objetos

    Deja caer, de uno en uno y desde 1 cm sobre la superficie, un corcho, un trocito de vela de 1 cm, una uva y una tuerca. Antes de soltar cada uno, pregunta: ¿en qué capa se parará? Espera hasta 2 minutos: la miel frena mucho.

    Comprueba: Corcho arriba del todo, vela entre alcohol y aceite, uva sobre la miel, tuerca en el fondo.

12. Recoge y limpia adulto

    Al terminar, absorbe la capa de aceite y alcohol con 4–5 hojas de papel de cocina y tíralas a la basura. El resto (miel, jabón y agua) se puede tirar al fregadero con abundante agua. Lava el vaso con agua caliente.

¿Funciona? La prueba

Con la torre recién hecha, mira el vaso de lado a la altura de los ojos y mide con la regla A dónde está cada línea de separación.

Qué debe pasar: Cinco capas en el orden miel – lavavajillas – agua – aceite – alcohol, cada una de ≈ 14 mm (± 3 mm). La línea agua/lavavajillas es la más difusa; la de agua/aceite y la de aceite/alcohol son totalmente nítidas. La torre se mantiene bien 2–3 horas; al día siguiente la miel, el lavavajillas y el agua empiezan a difuminarse.

Si algo falla

• El agua se mezcla con el lavavajillas y queda una franja turbia con espuma — Se ha vertido demasiado rápido o desde muy alto: el chorro atraviesa la capa de jabón, que se disuelve en agua. Solución: Vierte más despacio, con la punta de la cuchara tocando la pared y a 5–10 mm de la capa, o usa una jeringa. Si la franja turbia mide más de 5 mm, empieza de nuevo.
• La miel se queda pegada en la pared y se ven chorretones — La miel tocó la pared al verterla. Solución: Viértela por el centro o con un embudo. Limpia la pared con papel de cocina enrollado en un palito antes de seguir.
• El alcohol desaparece y la capa de agua crece — El alcohol atravesó el aceite y se mezcló con el agua (son miscibles). Solución: Viértelo muy despacio y pegado a la pared. Una capa de aceite más gruesa (50–60 ml) hace de colchón.
• La miel atraviesa el lavavajillas o se mezcla con él — Se puso la miel caliente o el lavavajillas antes que la miel. Solución: La miel siempre primero y a temperatura ambiente. Respeta el orden de mayor a menor densidad.
• La capa de lavavajillas no se distingue de la de agua — Son del mismo color o el lavavajillas es incoloro. Solución: Tiñe el agua de un color que contraste (rojo o azul si el jabón es verde).
• La tuerca se queda quieta encima de la miel — La miel es muy viscosa: la tuerca sí se hunde, pero muy despacio. Solución: Espera 2–5 minutos o usa una tuerca más pesada (M8 o mayor). Es buena ocasión para hablar de viscosidad, que no es lo mismo que densidad.

Seguridad

• El alcohol de farmacia es inflamable: lo maneja un adulto, sin velas, cocinas ni mecheros encendidos cerca, y se guarda cerrado al terminar.
• No se bebe nada de la torre: el lavavajillas y el alcohol son tóxicos. Pon un cartel de «NO BEBER» si hay niños pequeños cerca.
• Si el lavavajillas o el alcohol salpican a los ojos, lava con agua abundante durante 10 minutos.
• La miel caliente quema: si la templas al baño maría, deja que se enfríe antes de que la toque un niño.
• Uvas, tuercas y corchos son piezas pequeñas: vigila a los menores de 3 años.
• El aceite usado no va al fregadero: absórbelo con papel y tíralo a la basura, o llévalo al contenedor de aceite si haces mucha cantidad.

La ciencia detrás

Para los niños

Todos los líquidos parecen agua, pero unos son más «apretados» que otros: en la misma cucharada, la miel lleva muchas más cosas dentro que el aceite, por eso pesa más. Cuando los ponemos juntos, los más pesados se van abajo y los más ligeros se quedan arriba, como cuando en el autobús los niños más grandes se sientan detrás y los pequeños delante. El aceite y el agua además son como dos niños enfadados: aunque los juntes, no se mezclan nunca. Por eso la torre se queda en capas.

Para el adulto

La densidad ρ = m/V mide cuánta masa ocupa un volumen. En un recipiente en reposo, un fluido menos denso se sitúa sobre uno más denso porque así baja el centro de masas del sistema (mínima energía potencial). Aquí: miel ≈ 1,42 g/cm³ (≈ 80 % de azúcares disueltos), lavavajillas ≈ 1,03–1,05, agua 1,00, aceite ≈ 0,92 y alcohol de 96° ≈ 0,80 (el etanol puro, 0,79; ≈ 0,88 el de 70°). Hay dos tipos de interfase: aceite/agua y aceite/alcohol son inmiscibles (moléculas apolares frente a polares unidas por puentes de hidrógeno), así que la frontera es nítida y se recupera aunque se agite. En cambio miel, lavavajillas, agua y etanol son miscibles: su separación es solo temporal y se sostiene porque la difusión es lenta y la alta viscosidad de la miel y del jabón frena la mezcla; por eso hay que verter sin turbulencia (lámina que resbala por la pared) y por eso al día siguiente las capas se difuminan. El alcohol nunca debe tocar el agua: se mezclaría y, de paso, la mezcla agua-etanol tiene una densidad intermedia. Un sólido se hunde mientras ρ(objeto) > ρ(líquido) y se detiene en la interfase donde eso deja de cumplirse (principio de Arquímedes); la viscosidad solo cambia la velocidad a la que llega.

• densidad: cuánta masa hay en un volumen; se mide en gramos por centímetro cúbico (g/cm³).
• miscible: que se mezcla con otro líquido hasta formar uno solo (agua y alcohol).
• inmiscible: que no se mezcla aunque lo agites (agua y aceite).
• viscosidad: lo espeso que es un líquido, lo que le cuesta fluir (la miel es muy viscosa).
• flotar: quedarse encima de un líquido porque eres menos denso que él.

Por edades

• 5–7 años: El adulto mide los líquidos y vierte el agua y el alcohol; el niño vierte miel, lavavajillas y aceite, pone las etiquetas y deja caer los objetos. Céntrate en «pesado abajo, ligero arriba» y en adivinar dónde se para cada objeto.
• 8–10 años: Hacen la torre completa salvo el alcohol. Pesan 40 ml de cada líquido, ordenan de más a menos pesado antes de verter y miden con la regla el grosor de cada capa.
• 11–12 años: Calculan la densidad de cada líquido (masa ÷ volumen), hacen una gráfica de barras y predicen la posición de objetos midiendo su masa y su volumen por desplazamiento de agua en una jeringa. Reto: añadir una sexta capa (agua salada o leche) en el sitio correcto.

En grupo o en clase

Equipos de 3–4 niños, una torre por equipo (un vaso, 5 vasitos rotulados, cuchara y jeringa). Prepara antes los líquidos medidos en vasitos (para 6 equipos: 250 ml de miel, 250 ml de lavavajillas, 250 ml de aceite) y reparte el alcohol solo en la mesa del docente, que pasa a verterlo equipo por equipo. Sesión de 45 min: 10 min de predicción (pesar y ordenar), 20 min construir, 10 min de objetos y 5 min de recoger con papel de cocina. Ten bandejas o papel de periódico bajo cada vaso.

Retos

• Construye una torre de 7 capas añadiendo agua salada (entre agua y lavavajillas) y leche entera (≈ 1,03).
• Consigue que un huevo crudo flote a media altura de un vaso usando solo agua y sal en dos capas.
• Haz la torre en un tubo estrecho (una probeta o un tubo de pastillas efervescentes) y calcula cuántos ml necesitas para capas de 20 mm.
• Fabrica un «submarino» con una gota de plastilina y un trocito de corcho que se quede justo en la capa de agua.

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